(57)【要約】【課題】配線層の方向への漏れ光がノイズ成分になることを防止するとともにＬＥＤアレイチップの固着用接着剤をドライバＩＣチップと同一な接着剤にして組立て工程の簡略化を図ったＬＥＤプリントヘッドを提供する。【解決手段】配線層６を基板表面に備えたプリント配線基板２と、ＬＥＤ素子１２が配設されたＬＥＤアレイチップ３と、ＬＥＤ素子１２を印刷データに応じて駆動するドライバ素子が配設されたドライバＩＣチップ４と、ＬＥＤアレイチップ３及びドライバＩＣチップ４をプリント配線基板２の表面に接着する絶縁性接着剤と、ＬＥＤ素子１２とドライバ素子とを接続するとともに、ＬＥＤ素子１２とドライバ素子とをそれぞれ配線層６に接続するボンディングワイヤ８とを備える。【選択図】    図１
2005035045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像形成の露光装置として用いられるＬＥＤプリントヘッドにおいて、
配線層を基板表面に備えたプリント配線基板と、
ＬＥＤ素子が配設されたＬＥＤアレイチップと、
前記ＬＥＤ素子を印刷データに応じて駆動するドライバ素子が配設されたドライバＩＣチップと、
前記ＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップを前記プリント配線基板の表面に接着する絶縁性接着剤と、
前記ＬＥＤ素子と前記ドライバ素子とを接続するとともに、前記ＬＥＤ素子と前記ドライバ素子とをそれぞれ前記配線層に接続する接続手段とを備えたことを特徴とするＬＥＤプリントヘッド。
【請求項２】
前記プリント配線基板は、前記配線層の上に前記配線層を保護する絶縁層を有し、前記ＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップは前記絶縁性接着剤により前記絶縁層に接着された請求項１記載のＬＥＤプリントヘッド。
【請求項３】
プリント配線基板は、配線層の上に配線層を保護する絶縁層を有し、前記ＬＥＤアレイチップは前記絶縁性接着剤により前記配線層に接着され、前記ドライバＩＣチップは前記絶縁層に接着された請求項１記載のＬＥＤプリントヘッド。
【請求項４】
前記ＬＥＤアレイチップは、前記接着面に対向する面に前記ＬＥＤ素子の発光面、カソード側電極、アノード側電極を有した請求項１記載のプリント配線基板。
【請求項５】
前記ＬＥＤアレイチップは、前記一方の面にＭ個のアノード側電極端子とＮ個のカソード側電極端子とを有し、Ｍ×Ｎ個の前記ＬＥＤ素子を駆動するようにマトリクス接続した構成である請求項１記載のＬＥＤプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真プリンタ、複写装置等において現像形成の露光装置として用いられるＬＥＤプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プリンタ、複写装置等に装着される現像形成装置は、均一に帯電された感光体の表面を露光装置により露光して静電潜像を形成し、この静電潜像に静電効果によりトナーを付着させてトナー像に現像化した後、トナー像を用紙に転写している。
露光装置には発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）素子を用いたＬＥＤプリントヘッドがあり、このＬＥＤ素子を印刷データに従って選択的に発光させることにより、静電潜像が感光体ドラムの表面に形成される。
【０００３】
ＬＥＤプリントヘッドは、プリント配線基板上にＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップが実装されているＬＥＤユニットと、ＬＥＤアレイチップからの光を感光ドラム上に収束して露光させるレンズアレイと、ＬＥＤユニットとレンズとを保持するレンズホルダにより構成される。
プリント配線基板の表面には駆動信号用のパターンと電源用のパターンとＬＥＤの駆動電流を流すＬＥＤ＿ＧＮＤパターンとがパターニングされた配線層と、配線層上に設けた絶縁層とが備えてあり、ＬＥＤ素子をライン状に配設したＬＥＤアレイチップが導電性接着剤を介してＬＥＤ＿ＧＮＤパターンに接着され、ＬＥＤ素子を印刷データに応じて駆動するドライバ素子をライン状に配設したドライバＩＣチップが絶縁性接着剤を介して絶縁層に接着してある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３０１７６２公報（第４  −  ５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＬＥＤプリントヘッドにあっては、ＬＥＤアレイチップをプリント配線基板の金メッキが施された配線層上に、導電性接着剤を介して接続する構成により以下の問題が生じる。
（１）ＬＥＤアレイチップのＬＥＤ素子の点灯時に、チップ端面からプリント配線基板方向に漏れ光が発生した場合、ＬＥＤアレイチップ近傍の配線層は金メッキが施されているので、配線層の方向への漏れ光はほぼ１００％反射される。この反射光がＬＥＤ素子からの正規の放射光に混ざりレンズに入射した場合、配線層の反射光はノイズ成分になるので、印字においては濃度変化、解像度低下などの問題が生じる。
【０００６】
（２）ＬＥＤアレイチップは導電性接着剤によりプリント配線基板上に接着され、ドライバＩＣチップは絶縁性接着剤によりプリント配線基板上に接着されるので、ＬＥＤユニットの組立てにおいては、１種類の接着材を使用する場合と比較すると工程が複雑になり、使用部材数も増えるのでコストＵＰの要因になる。
また、導電性接着剤は、ＬＥＤアレイチップの裏面電極と配線層とを電気的に接続するので、高導電率であることが必要不可欠であり、さらにＬＥＤプリントヘッドの品質を維持するために高い信頼性が要求される。しかし、導電率と信頼性を維持した状態で接着剤の特性を改良することは非常に困難であり、絶縁性接着剤と比較すると容易に接着剤の種類や特性を変更できないという問題もあった。
本発明は、配線層の方向への漏れ光がノイズ成分になることを防止するとともにＬＥＤアレイチップの固着用接着剤をドライバＩＣチップと同一な接着剤にして組立て工程の簡略化を図ったＬＥＤプリントヘッドを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のＬＥＤプリントヘッドにおいては、配線層を基板表面に備えたプリント配線基板と、ＬＥＤ素子が配設されたＬＥＤアレイチップと、ＬＥＤ素子を印刷データに応じて駆動するドライバ素子が配設されたドライバＩＣチップと、ＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップをプリント配線基板の表面に接着する絶縁性接着剤と、ＬＥＤ素子とドライバ素子とを接続するとともに、ＬＥＤ素子とドライバ素子とをそれぞれ配線層に接続する接続手段とを備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。尚、各図面に共通な要素には同一符号を付す。
第１の実施の形態
図７は第１の実施の形態によるＬＥＤユニット全体の構成図、図１は図７に示したＬＥＤユニットの詳細図、図２は図１に示したＬＥＤユニットのＡ−Ａ断面矢視図である。ＬＥＤユニット１は、プリント配線基板２と、プリント配線基板２の表面に一列に実装された複数のＬＥＤアレイチップ３及びドライバＩＣチップ４と、ドライバＩＣチップ４とプリント配線基板２との間、ＬＥＤアレイチップ３とドライバＩＣチップ４との間、及びＬＥＤアレイチップ３とプリント配線基板２との間を電気的に接続しているボンディングワイヤ８と、ＬＥＤアレイチップ３及びドライバＩＣチップ４をプリント配線基板２の表面に接着する絶縁性接着剤１７とから構成される。
【０００９】
プリント配線基板２は絶縁基板５と配線層６及び絶縁層７から構成され、絶縁基板５は例えばガラスエポキシを材料とする基板が用いられる。
配線層６は例えば銅箔などの導体からなり、制御信号用と電源用との配線パターンが絶縁基板５の表面にパターニングされている。また、図示していないが配線層６は絶縁基板５裏面にも形成されている。また、プリント配線基板２の表裏における配線密度を低減させるために、あるいは電源配線幅を広くして電源供給能力を向上させることを目的として、配線層を４層などの多層に形成する場合もある。
【００１０】
絶縁層７は、例えばエポキシ樹脂を主成分とするソルダーレジスト層からなり、プリント配線基板２の表面保護膜として機能する。絶縁層７には、ＬＥＤアレイチップ３の搭載領域と、ボンディングワイヤ８の端部を接着する領域と、図示せぬ電子部品の実装部やコネクタ部などを接着する領域とに開口パターンが形成され、配線層６を露出させている。露出した部分の配線層６には酸化防止とワイヤボンド性の向上などのために金メッキ処理が施されている。
【００１１】
ＬＥＤアレイチップ３は、ｎ型の半導体基板１１の表面に形成された発光素子１２（以後ＬＥＤ素子１２と記する）となるｐ型の半導体領域と、絶縁薄膜層１３と、アノード電極１４と、カソード電極１５とから構成される。
ｎ型の半導体基板１１は、例えばＧａＡｓ基板上にＧａＡｓＰエピタキシャル層を形成したものが用いられる。ＬＥＤ素子１２となるｐ型半導体領域は例えば亜鉛などの不純物を拡散させることにより形成され、ＬＥＤアレイチップ３の表面に一列に所望のピッチでアノード電極１４とカソード電極１５とに挟まれた位置に複数形成される。
【００１２】
絶縁薄膜層１３は例えばスパッタ法などにより成膜されたアルミナ膜などが用いられ、ＬＥＤ素子１２の領域及びカソード電極１５が形成される領域は絶縁膜が除去された開口パターンとなっている。
アノード電極１４は、例えばアルミニウムまたは金合金を材料とした導体パターンであり、個々のＬＥＤ素子１２に対して形成されている。ＬＥＤ素子１２の部分ではｐ型半導体領域にオーミック接続されていて、ＬＥＤ素子１２以外の部分では絶縁薄膜１３上に形成されているのでｎ型半導体基板１１とは絶縁されている。
また、アノード電極１４の端部にはワイヤボンディング用のパッドが形成されている。
【００１３】
カソード電極１５は、例えばアルミニウムまたは金合金を材料とした導体パターンであり、ｎ型半導体基板１１の表面に形成され、ｎ型半導体基板１１にオーミック接続されている。カソード電極１５はＬＥＤアレイチップ３の共通電極として作用する。図１ではカソード電極１５を複数の島状パターンに形成して例について示しているが、１個のベタ状パターンに形成しても良い。
【００１４】
ＬＥＤアレイチップ３はプリント配線基板２表面の配線層６上に絶縁性接着剤１７により実装されている。絶縁性接着剤１７は一般的にエポキシ樹脂を主材とした熱硬化型のペースト状接着剤が用いられる。
また、ドライバＩＣチップ４も同様に絶縁性接着剤１７によりプリント配線基板２の表面に実装されている。そして、ドライバＩＣチップ４とＬＥＤアレイチップ３間、及びドライバＩＣチップ４とプリント配線基板２の配線層６との間はそれぞれ金線などのボンディングワイヤ８により接続されている。
さらに本実施例ではＬＥＤアレイチップ３のカソード電極１５とプリント配線基板２の配線層６の間もボンディングワイヤ８により接続される。ここで１個のＬＥＤアレイチップ３に形成されたカソード電極１５と配線層６の接続に必要とされるボンディングワイヤ８の本数は、１チップに流れる最大電流と、ボンディングワイヤ１本当たりの電流容量に基づいて計算すれば良い。
【００１５】
例えば、ＬＥＤアレイチップ３に１９２個のＬＥＤ素子１２が形成されていて、ＬＥＤ素子１個当たりの駆動電流を３ｍＡとした場合、全ＬＥＤ素子が点灯すると１チップ駆動電流は約０．６Ａとなる。従って、ボンディングワイヤ８は電流容量が例えば０．２Ａの金線を１チップあたり３本以上使用すれば良い。
ＬＥＤプリントヘッドの点灯動作時は、点灯させるＬＥＤ素子１２にドライバＩＣチップ４から電流が供給される。供給された電流はカソード電極１５と、さらにボンディングワイヤ８を介してプリント配線基板２の配線層６に出力される。
【００１６】
第１の実施の形態によれば、ＬＥＤアレイチップのカソード電極をｎ型半導体基板の上面に形成して、カソード電極とプリント配線基板の配線層とはボンディングワイヤにより接続して、ＬＥＤアレイチップは絶縁性接着剤によりプリント配線基板の表面に接着する構成としたことにより、１種類の接着材の使用でＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップのプリント配線基板への実装することができるので、ＬＥＤプリントヘッド組立ての工程数と部品点数を低減させることができる。
また、絶縁性接着剤を使用できることから、導電性接着剤と比較すると容易に接着剤の特性改善を行なうことができ、生産性と品質の安定したＬＥＤプリントヘッドを提供することが可能である。
【００１７】
第２の実施の形態
図３は第２の実施の形態によるＬＥＤユニットの構成図、図４は図３に示したＬＥＤユニットのＢ−Ｂ断面矢視図である。ＬＥＤユニット１は、プリント配線基板２と、プリント配線基板２の表面に一列に実装された複数のＬＥＤアレイチップ３０及びドライバＩＣチップ４と、ドライバＩＣチップ４とプリント配線基板２との間及びＬＥＤアレイチップ３０とドライバＩＣチップ４との間を電気的に接続しているボンディングワイヤ８と、ＬＥＤアレイチップ３０及びドライバＩＣチップ４をプリント配線基板２の表面に接着する絶縁性接着剤１７とから構成される。
【００１８】
プリント配線基板２は絶縁基板５と配線層６及び絶縁層７から構成され、絶縁基板５は例えばガラスエポキシを材料とする基板が用いられる。
配線層６は例えば銅箔などの導体からなり、制御信号用と電源用との配線パターンが絶縁基板５の表面にパターニングされている。また、図示していないが配線層６は絶縁基板５の裏面にも形成されている。また、プリント配線基板２の表裏における配線密度を低減させるために、あるいは電源配線幅を広くして電源供給能力を向上させることを目的として、配線層を４層などの多層に形成する場合もある。
【００１９】
絶縁層７は、例えばエポキシ樹脂を主成分とするソルダーレジスト層からなり、プリント配線基板２の表面保護膜として機能する。絶縁層７には、ＬＥＤアレイチップ３０の搭載領域と、ボンディングワイヤ８の端部を接着する領域と、図示せぬ電子部品の実装部やコネクタ部などを接着する領域とに開口パターンが形成され、配線層６を露出させている。露出した部分の配線層６には酸化防止とワイヤボンド性の向上などのために金メッキ処理が施されている。
【００２０】
ＬＥＤアレイチップ３０は、ｎ型の半導体基板３１の表面にＬＥＤ素子３２となるｐ型の半導体領域と、絶縁薄膜層３３と、アノード電極３４と、カソード電極３５とから構成される。このようにアノード電極３４とカソード電極３５を共にｎ型半導体基板３１の上面に形成する構成は第１の実施の形態と同様であるが、第２の実施の形態のＬＥＤアレイチップ３０ではアノード電極３４とカソード電極３５とがマトリクス配線を施して構成していることを特徴とする。
【００２１】
図５はマトリクス配線を示す詳細図である。尚、図５は説明を簡単にするために４×４マトリクスの例について示しているが、実際の実施形態ではこれに限定するものではない。
図５において一点鎖線で示した部分がマトリクスの最小構成単位Ｍであり、ここでは１６個のＬＥＤ素子３２が４×４のマトリクス配線に接続されている。ＬＥＤアレイ１チップ内はこのマトリクス構成単位Ｍが単純に繰り返し配列されている。例えば４×４マトリクスの場合、１チップ当たり１９２個のＬＥＤ素子３２を配列するには、１２個のマトリクス構成単位Ｍを繰り返し配列すれば良い。
【００２２】
マトリクス構成単位Ｍにおいて、分離溝３７はｎ型の半導体層を分離独立させるためのものであり、分離溝３７により、ｎ型半導体層はｎ型ブロック３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄに分離され、各ｎ型ブロック間は互いに絶縁される。
ｎ型ブロックのそれぞれの領域内に、ＬＥＤ素子３２となるｐ型半導体領域が形成される。本実施の形態では４×４マトリクスのため、１つのｎ型ブロック内に４個のＬＥＤ素子３２を形成する。個々のＬＥＤ素子３２にはアノード電極の個別配線３８が形成され、ｐ型半導体領域にオーミック接続される。
【００２３】
マトリクス構成単位Ｍ内のｎ型ブロック３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの全体に渡り、ＬＥＤ素子３２の配列と平行にアノード電極３４の共通配線３６が４本形成され、それぞれのｎ型ブロックの中から１個の個別配線３８が共通配線３６に接続される。
すなわち１本の共通配線３６につき４本の個別配線３８が接続している。個別配線３８と共通配線３６は層間絶縁膜を介した２層配線構造であり、配線間を接続する領域にのみ層間絶縁膜にコンタクトホールを形成して配線同士のオーミック接続を得ている。
【００２４】
そしてそれぞれの共通配線３６につき１個のアノード電極パッド３４をｎ型半導体領域表面に形成されている絶縁薄膜４３上に形成する。さらに、それぞれのｎ型ブロック３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄにつき１個のカソード電極パッド３５を絶縁薄膜３３の開口部に形成して各ｎ型ブロックとオーミック接続を得ている。
ここで、ｎ型の半導体基板３１は、例えば絶縁性のＧａＡｓ基板上にアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）エピタキシャル層を形成したものが用いられる。分離溝３７は例えばウエットエッチング法によりｎ型半導体基板３１に溝の深さが絶縁性ＧａＡｓ基板に達するように形成される。
【００２５】
ＬＥＤ素子３２となるｐ型半導体領域は、例えば亜鉛などの不純物を拡散させることにより形成され、ＬＥＤアレイチップ３０の表面に一列に所望のピッチで形成される。絶縁薄膜層３３は例えばスパッタ法などにより成膜されたアルミナ膜などが用いられ、ＬＥＤ素子３２の領域及びカソード電極３５が形成される領域は絶縁膜が除去された開口パターンとなっている。
アノード電極３４は個別配線３８、共通配線３６ともに、例えばアルミニウムまたは金合金を材料とした導体パターンであり、個別配線３８と共通配線３６間に形成される層間絶縁膜（図示せず）は例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜が用いられる。また、カソード電極３５は、例えばアルミニウムまたは金合金を材料とした導体パターンである。
【００２６】
ＬＥＤアレイチップ３０はプリント配線基板２の表面に設けられる配線層６の上に絶縁性接着剤１７により接着されている。絶縁性接着剤１７は一般的にエポキシ樹脂を主材とした熱硬化型のペースト状接着剤が用いられる。また、ドライバＩＣチップ４も同様に絶縁性接着剤１７によりプリント配線基板２の表面に接着されている。
そして、ドライバＩＣチップ４とＬＥＤアレイチップ３０間、及びドライバＩＣチップ４とプリント配線基板２の配線層６との間はそれぞれ金線などのボンディングワイヤ８により接続されている。
【００２７】
ドライバＩＣ４は、外部から入力される制御信号にしたがい、点灯させるＬＥＤ素子３２を選択する制御回路部と、ＬＥＤアレイ３０の各々のＬＥＤ素子３２の点灯タイミング制御と電流供給のための駆動回路部とから構成される。駆動回路部はＬＥＤアレイ３０に電流を供給するアノード側駆動回路部と、ＬＥＤアレイ３０から出力された電流を吸込むカソード側駆動回路部から構成される。
ＬＥＤ素子３２を点灯させるアノード側駆動回路部からボンディングワイヤ８を介してＬＥＤアレイ３０に供給された電流は、ＬＥＤアレイ３０のカソード電極３３からボンディングワイヤ８を介してカソード側駆動回路部によりドライバＩＣ４に流れ、さらにドライバＩＣ４からプリント配線基板２の配線層６のＧＮＤパターンに出力される。
【００２８】
第２の実施の形態によれば、アノード電極とカソード電極とをチップ上面に形成して、さらにマトリクス配線を施したＬＥＤアレイチップを使用する構成としたので、ＬＥＤアレイチップは絶縁性接着剤によりプリント配線基板の表面に接着することができ、１種類の接着材の使用でＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップのプリント配線基板への実装することができることから、ＬＥＤプリントヘッド組立ての工程数と部品点数を低減させることができる。
また、絶縁性接着剤を使用できることから、導電性接着剤と比較すると容易に接着剤の特性改善を行なうことができ、生産性と品質の安定したＬＥＤプリントヘッドを提供することが可能である。
さらにまた、ＬＥＤアレイチップの電極をマトリクス配線とすることにより、ＬＥＤアレイチップへのワイヤボンド数を低減できるためコスト低下を図ることができる。
【００２９】
第３の実施の形態
図６は図４に相当する第３の実施の形態によるＬＥＤユニットの断面図である。第３の実施の形態によるＬＥＤユニットが第２の実施の形態によるＬＥＤユニットと異なるところは、ＬＥＤアレイチップ３０が配線層６を被覆する絶縁層７上に絶縁性接着剤１７により接着するようにした点である。
第３の実施の形態によれば、配線層を被覆する絶縁層上に絶縁性接着剤によりＬＥＤアレイチップを接着する構成としたことにより、ＬＥＤアレイチップの側面からプリント配線基板の方向に漏れ光が発生した場合でも、漏れ光は絶縁層により吸収されるので、ＬＥＤアレイチップの上面に配置されているレンズの方向へは反射しない。したがって、ノイズ成分となる反射光はなく印字品質の高い良好なＬＥＤプリントヘッドを提供することができる。
【００３０】
また、１種類の接着材の使用でＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップのプリント配線基板への実装することができるので、ＬＥＤプリントヘッド組立ての工程数と部品点数を低減させることができる。
さらに絶縁性接着剤を使用できるので、導電性接着剤と比較すると容易に接着剤の特性改善を行なうことができ、生産性と品質の安定したＬＥＤプリントヘッドを提供することが可能である。
尚、第１〜第３の実施の形態ではＬＥＤ素子とドライバ素子とを接続するとともに、ＬＥＤ素子とドライバ素子とをそれぞれ配線層に接続する接続手段としてボンディングワイヤを用いたが、導電性樹脂とバンブ電極とを組み合わせたものを使用してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載される効果を奏する。
絶縁性接着剤によりＬＥＤアレイチップ及びドライバＩＣチップをプリント配線基板の表面に接着するようにしたことにより、ＬＥＤプリントヘッド組立ての工程数と部品点数を低減させることができる。
また、配線層を被覆する絶縁層上にＬＥＤアレイチップを接着するようにしたことにより、ＬＥＤアレイチップの側面からプリント配線基板の方向に漏れ光が発生した場合でも、漏れ光は絶縁層により吸収されるので、ノイズ成分となる反射光はなく印字品質の高い良好なＬＥＤプリントヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図７に示したＬＥＤユニットの詳細図である。
【図２】図１に示したＬＥＤユニットのＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】第２の実施の形態によるＬＥＤユニットの構成図である。
【図４】図３に示したＬＥＤユニットのＢ−Ｂ断面矢視図である。
【図５】マトリクス配線を示す詳細図である。
【図６】第３の実施の形態によるＬＥＤユニットの断面図である。
【図７】第１の実施の形態によるＬＥＤユニット全体の構成図である。
【符号の説明】
１  ＬＥＤユニット
３、３０  ＬＥＤアレイチップ
４  ドライバＩＣチップ
８  ボンディングワイヤ
１２  ＬＥＤ素子
１７  絶縁性接着剤
【図１】
2005035045.tif 000003
【図２】
2005035045.tif 000004
【図３】
2005035045.tif 000005
【図４】
2005035045.tif 000006
【図５】
2005035045.tif 000007
【図６】
2005035045.tif 000008
【図７】
2005035045.tif 000009